Национальная лаборатория Savannah River в сотрудничестве с Университетом Клемсона и Университетом Южной Каролины продемонстрировала применение электрохимических методов для мониторинга состояния роста и уровня энергии микроорганизмов, используемых в биотехнологии.

В статье, опубликованной в журнале Applied Microbiology and Biotechnology Express, с помощью инновационного метода ученым удалось установить контроль над микробами в реальном времени, снизив экономические издержки по сравнению с традиционными способами.

Микроорганизмы используются во многих отраслях промышленности, включая производство топлива, химикатов, фармацевтических препаратов и пищевых продуктов (этанола, ацетата, разлагаемой пластмассы, пенициллина и йогурта). Как и все организмы, микроорганизмы используют источники пищи, такие как сахара, белки и липиды, для получения органического углерода для роста, а также энергии от электронов, высвобождаемых при разложении пищи. Снижение активности микробной культуры может быть вызвано уменьшением питания, наличием ингибитора роста или заражением. Чтобы этого избежать, такие проблемы необходимо решать незамедлительно.

Чтобы обеспечить оптимальное функционирование микробов, необходимо контролировать их количество клеток и химические побочные продукты.

Традиционный подход состоит в том, чтобы принимать периодические образцы из микробных культур для анализа состояния роста клеток.

Процесс ручной выборки и анализа слишком трудоемкий и дорогой. В своем исследовании ученые продемонстрировали комплексный автоматизированный подход к мониторингу энергетических уровней микробов.

Первый этап инновационной технологии предупреждает о снижении уровней клеточной энергии. С помощью электродов микробы могут вытягивать энергию в свои клетки, а та небольшая часть культуры, которая контактирует с электродами, служит в качестве системы раннего предупреждения. Энергия, переходящая в микробы от электродов, появляется на экране компьютера в виде увеличивающегося электрического тока. Поскольку электрохимическая активность может контролироваться, этот метод можно использовать для поддержания необходимых условий.

В то же время другой этап метода использует электрохимический импеданс для мониторинга микробов в течение всего цикла роста. Таким образом, культура может быть определена с помощью эквивалентной электрической цепи. Эквивалентная схема затем может применяться для согласования данных импеданса и предоставления ценной информации о микробах, относящихся к физиологическому статусу культуры.

По словам ученых, такой подход дает значительный потенциал для снижения аналитических затрат, а также позволит автоматизировать биологические процессы.